认知Ad-Hoc网络中一种基于稳定性和时延的路由协议

朱　江，郭　兵，段　昂

(重庆邮电大学 移动通信技术重庆市重点实验室， 重庆 400065)



认知Ad-Hoc网络中一种基于稳定性和时延的路由协议

朱江，郭兵，段昂

(重庆邮电大学 移动通信技术重庆市重点实验室， 重庆 400065)

摘要：未来的认知Ad-Hoc网络中，授权用户的活动将对认知用户之间的多跳路由的稳定性造成很大影响，为了保证认知用户之间路由的稳定性并降低路由的端到端时延，提出了一种基于稳定性和时延的路由协议。该协议引入稳定性因子，只有满足了稳定性约束条件的路由才可以作为候选路由，然后将传输时延作为度量对候选路由进行筛选。通过一个简单拓扑模型验证了该路由选择策略的优越性；并针对认知无线Ad-Hoc网络的网络环境，分析了其时延和稳定性的模型，在此基础上结合传统AODV(Ad hoc on-demand distance vector routing)路由协议，实现了提出的综合信道和路径选择策略。仿真结果表明：提出的路由协议无论在不同的源、目的节点距离，还是在不同的授权用户活跃程度下都具有更好的稳定性和端到端时延表现。

关键词：认知无线Ad-Hoc网络；路由协议；AODV；端到端时延；路由稳定性

0引言

目前，频谱资源稀缺问题倍受重视。认知无线电(cognitive radio，CR)技术的提出使得频谱资源可以通过动态分配得到更充分地利用。目前，大多对认知无线电网络的研究集中在物理层和MAC(media access control)层上[1,2]，对于网络层的相关研究还远远不够完善。动态频谱接入所带来的频谱在时间和空间上的间断性，使得认知无线电网络中的路由呈现出不同于传统网络的特点，在研究方法上更是需要在以往路由设计思路上做出适应性的改变。

在认知网络中，授权用户和认知用户(未授权用户)共同存在，授权用户对频谱资源有着优先使用权，认知用户只能在不对授权用户的通信造成干扰的情况下，机会性的接入空闲信道。针对认知环境下的路由问题，国内外学者提出了一些算法和协议。文献[3]从图的连通性入手，提出了基于连通性的路由优劣衡量标准，分析了其有效性，但算法复杂度较高，不适合节点数较多的网络。文献[4]在分析了鲁棒性对认知路由的重要性后，提出了路径吞吐量和路由的鲁棒性的路由选择方案，并在全局网络中进行信道分配。文献[5]依据动态源路由协议(dynamic source routing，DSR)，提出了联合路由和信道分配算法，在路由回复阶段进行信道分配。上述研究从不同的角度分析了路由的稳定性。另外OPERA[6]从概率的角度分析了认知网络中路由的最优时延度量问题，并分析了授权用户的活动性对次用户间端到端时延的影响。文献[7-8]综合考虑了信道切换时延和节点的退避时延等，并依据时延来寻找最优路径。显然，稳定性和端到端时延是研究认知网络路由问题的两大重要的因素[9]。在寻找路由的过程中要综合考虑两者对网络的影响，以便更好地解决网络的动态性带来的路由稳定性问题和节点间相互竞争带来的时延问题。

为了适应动态频谱环境，同时保证路由稳定性和较小的端到端时延，本文提出了基于稳定性和时延的路由协议，该协议在路由发现阶段引入了路由稳定性约束，以保证所选路径的稳定性，然后按照最小时延的约束选择最优路径。本文首先通过一个简单拓扑实例展示了本协议路由选择方案的合理性，然后分别从端到端时延和路由稳定性两方面对认知无线Ad Hoc网络进行了分析，最后结合传统AODV(Ad hoc on-demand distance vector routing)协议对本文提出的基于稳定性和时延的路由协议进行了实现，仿真结果表明本文协议与以往的仅考虑时延或稳定性下的路由方案比较有更好的性能。

1系统模型

设认知无线Ad-Hoc网络由N个认知用户和M个授权用户共同组成，认知用户间可以通过相互中继进行通信。图1中PU1，PU2，PU3分别代表了3个授权用户，每个授权用户对应一个授权频段，分别用C1,C2,C3代表。授权用户对其授权频段具有优先使用权，并按照其业务需求使用授权频段，虚线区域表示其传输范围。图1中其他结点代表了不同的认知用户，为了不对授权用户的数据传输造成影响，认知用户只能接入机会频谱(spectrum opportunities，SOP)。假设授权用户PU1，PU2，PU3均处在忙碌状态，每个认知用户旁边标记的信道就代表了它们各自拥有的SOP频段，每个认知用户的SOP可以通过频谱感知[10]获得，同一时间不同认知用户所拥有的机会频谱通常不同，而每个认知用户拥有的SOP在不同时间也会不同。认知用户之间达成通信需要满足2个条件[11]：①通信距离的要求，②两者的SOP存在交集。

图1　CRAHN网络示意图Fig.1　Network diagram of CRAHN

图2给出了从网络中抽象出的路由拓扑模型，节点S，a，b，c，D代表了不同的认知用户，其中S和D分别代表源节点和目的节点，记X(ni)代表节点ni的SOP信息，X(ni)∩X(nj)代表了链路(ni,nj)的所有可用信道，对于不同的链路，由于网络流量的状况差异、信道差异及地理环境差异其路径延迟不同。同时，由于受授权用户活动的影响，每个链路有着不同的可用性。对于链路(ni,nj)，记Ps(ni,nj,ck)为当前授权用户不会出现在信道ck的概率，也就是链路(ni,nj)能够成功的在信道ck传输数据的概率，Ps(ni,nj,ck)的值越大，该链路能够成功传输的数据包数目就越大。图2中，每个链路上对应的2个数据分别表示链路延迟D(ni,nj,ck)和链路的可用概率Ps(ni,nj,ck)，本文第3节将对D(ni,nj,ck)和Ps(ni,nj,ck)的含义和计算方法做详细介绍。

图2　CRAHN路由模型Fig.2　Route model of CRAHN

2基于稳定性和时延的路由选择策略

就多跳路由而言，授权用户活动对其端到端的稳定性的影响要远大于单跳路由[4]，单跳路由只需考虑本地的信道可用性，而对于多跳路由，每个链路的稳定性都对整条路由造成影响。例如图2中，对于路由S→b→c-D，假设授权用户的活动导致c→D之间的信道2不可使用，因而导致链路失效，那么，无论S→b→c是否连通，整条路由还是要失效，要想完成数据传输，必须重新建立路由。而路由的重建往往造成额外的时延和更多的资源浪费。所以在考虑多跳路由的时候，尤其在认知网络中，路由的稳定性是不可忽视的一个重要因素。

针对路由的稳定性，本文引入稳定度因子Prr为

(1)

在不考虑重传的条件下，记整条路由的传递时延为Drr那么

(2)

图2从上到下依次有6条路由，如表1所示。

针对以上6条路径，对其各自进行了1 000个数据包的发送。根据多跳路由的特点，在数据传输过程中如果遇到路径失效，必须从源节点再次传送。忽略路由重建所耗的时间，平均每个数据包成功传输的端到端时延仿真结果如图3所示。

表1　6个不同路径对比

图3　1 000个数据包的平均端到端时延Fig.3　Average end-to-end delay of 1 000 data packets

从仿真结果可以看出：由于路径r2，r4和r6的稳定性较差，造成了端到端时延较大，即使路径r2的传递时延Drr最小(1.6)，但由于路由错误次数太多造成了较高的端到端时延。从r1和r3的对比来看，两者传递时延相近，由于r3的稳定性因子大于r1的，所以r3要明显优于r1。就r3和r5比较而言，虽然r5的稳定性强于r3，但由于r5的传递时延较大，所以r5的性能要比r3差，也就是说在稳定性得到一定满足的时候，传递时延Drr对端到端的时延也起到了一定的影响。

针对以上的分析结果，本文协议引入路由的稳定性约束

(3)

只有满足(3)式的路由才能作为候选路由。这样就可以保证在一定的稳定性前提下寻找最优路径。以图2为例分析，我们设定Pm=0.6，那么只有r3，和r5才可以作为候选路由，直接排除了其他稳定性差的路由。然后比较r3和r5的Drr可知r3是最优的路径。同理，如果我们设定Pm=0.7，那么我们选出的最优路径将会是r5。

3认知无线Ad Hoc网络中的时延及路由稳定性

3.1节点延迟和路径延迟

认知Ad-Hoc网络路由属于多跳、多信道的路由问题，由于网络中的频谱是动态变化的，所以在进行路由的过程中不得不频繁地进行信道切换[12]，信道的切换将会带来一定的切换时延。另外在同一节点处，多个数据流竞争同一个信道也会带来退避时延和排队时延。认知无线AdHoc网络的时延模型如图4所示。

图4　时延模型Fig.4　Latency model

图4中，对信道切换的考虑：在节点a处，由于不同的数据流需要经过不同信道发送，a节点须采用一种频谱轮询机制[8]对不同信道的数据进行转发(如图5)。

图5　信道的轮询方式Fig.5　Channel polling mode

同时图4中，在节点c处，数据流2和数据流3同时竞争使用信道3，这种竞争将会给数据的传输带来一定的退避时延。另外，排队时延也是数据在节点处传输时不得不考虑的一部分。

经过上述分析，数据包在经过某节点时，它要经历的节点延迟包括：信道切换时延Dswitching,n，退避时延Dbackoff及排队时延Dqueueing。将节点延迟记为Dnode，则有

(4)

信道切换时延与切换所经过的频率差异有关，通常在20MHz-3GHz进行信道切换时，每改变10MHz，将会引起10ms的切换时延[13]，也就是说节点在信道ci和cj之间进行信道切换要经历的时间为

(5)

显然，按照图5的信道轮询方式，节点处的信道切换时延为

2DM,1=2k·|BandM-Band1|

(6)

另外，如果已知节点处同一时刻竞争信道ci的节点个数为Numci，最小竞争窗口值为W0，那么其对应的排队时延和退避时延可以分别表示为

(7)

(8)

(7)—(8)式中：Ln表示第n个数据流的数据包大小；pc表示竞争节点发生冲突的概率。

端到端的延迟不仅包括路由中间的节点处的节点延迟，还包括路径延迟。路径延迟包括相邻跳链路之间的信道切换延迟和数据传输延迟。路由r的路径延迟记为DP。

(9)

(10)

(11)

(9)式中：Dswitching,p表示路由r从源节点到目的节点路由过程中的信道切换时延，显然，一次路由信道切换的次数越多，Dswitching,p越大；Dt表示从源节点到目的节点经历的传输时延；L表示源节点传递数据包的长度；B(ni,nj)表示链路(ni,nj)所使用信道的带宽。

综合(4)—(8)式可以计算出路由r在中间节点处的节点延迟，综合(9)—(11)式可以计算出路由r的路径延迟。于是，在不考虑稳定性和路由重建的情况下，路由r的传递时延Drr为

(12)

3.2认知路由的稳定性

认知用户路由的稳定性与授权用户的活动有着直接的关系。图6是授权用户对信道ck的占用模型[6]。认知用户的活动被组织在一个固定的时隙T内，T=Ts+Ttx，Ts是信道感知时间，用来感知信道是否被授权用户占用，Ttx为数据传输时间。当认知用户感知到授权信道ck没有被授权用户占用时才可以使用信道ck。

图6　授权用户占用信道模型Fig.6　Model of primary user occupy channel

假设授权用户p对应授权信道ck，可将授权用户p随机使用信道ck的行为抽象为ON-OFF模型[3]，在该模型中授权用户p的活跃因子ap定义为

(13)

对于链路(ni,nj)来讲，信道ck的稳定性与节点ni，nj的所处位置及授权用户p的活跃因子有关，记授权用户p的传输范围为Ap，ni∈Ap表示节点ni处在授权用户p的传输范围内。那么链路(ni,nj,ck)的稳定性Ps(ni,nj,ck)可表示为

(14)

4基于稳定性及时延的路由实现

采用AODV按需路由协议的方式对本文提出的路由方案进行实现，该协议包含3种类型的数据包，分别是：路由请求(routerequest，RREQ)数据包，路由回复(routereplies，RREP)数据包和路由错误(routeerror，RRER)数据包，这3种数据包分别对应3个路由阶段：路由发现阶段，路由建立阶段，以及路由维护阶段。

4.1路由发现

路由的发现过程是RREQ数据包的广播过程，广播过程使用一个全局的公共控制信道[3]来完成，认知用户对该信道的使用不会受到授权用户的约束。本协议的RREQ数据包内容有：源节点地址，目的节点地址，源节点到当前节点的路由列表(包括每个路由中间节点IP和每个链路的信道选择)，当前节点SOP，路由稳定度因子Prr及路由的传递时延Drr。在本文协议中，每个节点对自身的网络环境进行监测和评估，包括感知各个信道授权用户的出现情况，以维护自己的SOP信息，同时对每个信道上的节点延迟和路径延迟情况进行计算。

RREQ数据包的广播由源节点发起，图7是节点处理RREQ消息的流程图，当中间节点收到RREQ消息后，首先根据当前路由表的信息判断自己是否已经出现在路由表中，如果是，就丢弃该RREQ包，以免造成路由环路。否则就查看自身的SOP列表与上一节点的SOP列表是否存在交集，如果不存在交集就丢弃该包，如果交集不为空就建立该节点与上一节点的链路，如果SOP的交集不止一个，那么就建立多个链路，每个链路对应计算一个链路稳定性值Ps(ni,nj,ck)，然后通过(1)式对每个链路计算源节点到当前节点的路径稳定度因子Prr，如果某链路计算出的Prr不满足(3)式就丢弃该链路，如果这些链路都不满足(3)式的稳定性约束，该节点就丢弃该RREQ包。如果存在满足约束的链路，那么本节点对每条满足条件的链路计算源节点到本节点经过的路径延迟DP和节点延迟之和∑Dnode，然后利用(12)式计算Drr，然后将每条路径以及其对应的Prr与Drr信息更新到路由列表当中，最后，本节点将自身的SOP列表更新到RREQ中，继续广播。

图7　节点处理RREQ数据包的流程Fig.7　Process of node processing RREQ packets

4.2路由建立

目的节点在首次收到RREQ后设置一个计时器，等待一段特定时间以便接收更多的RREQ，当等待时间结束后，目的节点将收到多个RREQ包。每个RREQ数据包中包含了一条或者多条满足稳定性约束的路由信息，然后目的节点对每条路由计算最后一跳的稳定性Ps(ni,D,ck)、完整路径的稳定性因子Prr和传递时延Drr。目的节点根据完整路径的稳定性因子Prr和传递时延Drr对路由进行筛选。按照本文协议提出的方式，首先排除不满足(3)式的路由，然后根据Drr的大小进行选择，目的节点选取Drr最小的路径作为目标路由。

目的节点选定目标路由后，生成RREP数据包，RREP数据包包含路由信息和信道分配信息，并沿反向发送该RREP消息。源节点收到RREP后路由就此建立。

4.3路由维护

路由建立之后，由于授权用户的出现可能会导致某条链路的失效，从而导致路由失败。在路由过程中当某节点检测到授权用户出现后，首先考虑信道切换来进行局部维护。维护过程由链路两端节点共同完成，两节点重新检测其SOP的交集，如果交集不为空就选择具有最大稳定性Ps的信道，将该链路所用的信道切换至此信道继续传输数据。这种方式能够使路由在失效后做局部的补救，更好地适应授权用户的动态变化，增加分组投递率。

当SOP的交集为空时，说明这条路由已经完全失效，必须重新建立路由。这时候发生错误的节点生成RRER数据包，该数据包沿路由的反向发往源节点，源节点收到路由错误消息后立即停止数据发送，并重新启动路由发现过程并重新建立路由。

5仿真结果分析

采用OPNET软件对本文提出的协议进行仿真验证。授权用户和认知用户随机地分布在一个2 000×2 000m2的仿真区域中。源节点和目的节点在认知用户中随机选取，具体仿真环境参数设置如表2所示。由于认知用户感知信道的时间Ts远小于数据发送时间Ttx，仿真中将其忽略[6]，设置一个时隙的时间T=Ttx=2s，为了对节点延迟进行仿真，设置每个节点处轮询的总信道数M等于其检测到的SOP个数，节点处同一时刻竞争信道ci的节点个数Numci在[1，5]随机取值，同时取最小竞争窗口值W0=32，为方便仿真，取所有的数据包大小L为1 024bit。仿真进行10 000个数据包从源节点到目的节点的发送，仿真结果中端到端时延取这10 000个数据包的端到端时延平均值。

表2　仿真参数

为了对比，分别对基于时延的路由协议[7]、基于稳定性的路由协议[5]及本文提出的协议进行了仿真实现。

图8是3种协议在不同的源、目的节点距离(距离越大平均跳数越大)下的仿真结果对比，可以看出，随着平均跳数的增加，端到端时延也在增加。由于随着跳数的增加路由的稳定性会急剧地降低，所以，仅考虑了时延的路由会因为稳定性不足而过多的重建路由，从而端到端时延也在快速增大。仅考虑了稳定性的路由在平均跳数增加的时候虽然不会因稳定性不足而导致端到端时延急剧增加，但由于其所选择的路径本身时延就不是最优的，所以，尽管路由最稳定，可平均端到端时延依然较高。可以看出，在稳定性条件约束下的最小时延路由在平均端到端时延上表现最优。

图8　不同平均跳数下的端到端时延比较Fig.8　End-to-end delay under different average hop count

图9是3种协议在不同跳数下的路由重建次数，该数据是每成功传输1 000个数据包所要经历的平均路由重建次数。可以看出，基于时延的路由协议在平均跳数增加时路由重建次数在急剧地增加，而基于稳定性的路由以及稳定性约束下的最小时延路由的重建次数并不会快速增加。由于路由的重建会带来较多的额外开销，不仅使简单的端到端时延增加，而且还有RREQ的广播开销等，所以要尽量保证较少的路由重建。

图9　不同平均跳数下的路由重建次数比较Fig.9　Times of routing reconstruction under different average hop count

图10给出授权用户2的活动因子对端到端时延的影响。从图10可以看出，授权用户对信道使用得越多，认知路由的平均端到端时延就越大，这是因为授权用户的活动使得某些路由的稳定性下降而造成的。从3种协议对比来看，基于稳定性约束下的最小时延路由在不同的授权用户活跃程度下依然保持着最小的平均端到端时延。

图10　授权用户2的活动因子对端到端时延的影响Fig.10　Influence of the activity factor of PU2 to the average end-to-end delay

图11是不同Pm值下的平均端到端时延性能比较，从图11中可以看出随着平均跳数的增大，Pm的设置值对端到端性能影响也在增大。当Pm的值从0.4开始增大时，端到端平均时延先减小，达到最小之后又随Pm值的增大而增大。这是由于约束值Pm较小时路由稳定性并没有得到满足，而当Pm较大时，由于一些传递时延小的路由被排除，导致性能下降。可知该仿真网络中当Pm值在0.6—0.7时有较优的性能。

图11　不同稳定性约束Pm值下端到端时延比较Fig.11　Compare of end-to-end delay under different stability constraint Pm

6总结

本文提出的基于稳定性和时延的路由协议综合考虑了时延和稳定性两大重要因素。在时延方面，不仅考虑了传输时延也考虑了信道切换时延和路由在各个节点处的节点延迟。在稳定性方面，对授权用户占用信道的情况按照ON-OFF模型进行建模，计算出单个链路的稳定性Ps，同时提出路由稳定性因子Prr，通过实例分析得出了稳定性对路由端到端性能的重要影响，同时提出了满足稳定性约束条件的路由选择方式。另外，本协议按照AODV按需路由协议的方式进行实现，邻节点的SOP信息可以通过RREQ的广播而获得，这样可以使得相邻节点间可以根据SOP的交集是否存在而建立链路，在RREQ广播阶段，稳定性的约束条件使得不满足稳定性要求的路由被提前放弃，这同时也降低了RREQ包的广播开销。另外在路由维护阶段，采取的局部维护措施也提高了路由对网络环境多变的多信道网络的适应性，仿真结果显示本文提出的协议在不同的源、目的节点距离及不同的授权用户活跃程度下具有更小的平均端到端时延。

参考文献：

[1]ZANDI M，DONG M，GRAMI A. Dynamic Spectrum Access via Channel-Aware Heterogeneous Multi-Channel Auction With Distributed Learning [J]. IEEE Transactions in Wireless Communications，2015，11(14) : 5913-5926.

[2]WANG Y C, REN P Y, SU Z. A POMDP based distributed adaptive opportunistic spectrum access strategy for cognitive ad hoc networks [J]. IEICE Transactions, 2011, 94-B (6): 1621-1624.

[3]ABBAGNALE A, CUOMO F. Gymkhana a stability based routing scheme for cognitive radio ad hoc networks [C]// IEEE INFOCOM2010, Work in Progress Session. San Diego, CA:IEEE Press, 2010:1-5.

[4]CHAO Fang shih, LIAO Wanjiun, CHAO Hsilu. Joint Routing and Spectrum Allocation for Multi-Hop Cognitive Radio Networks with Route Robustness Consideration [J]. IEEE Transaction on Wireless Communications, 2011, 9(10): 2940-2949.

[5]刘婧,任品毅,薛少丽,等. 认知无线网络中基于授权用户行为的联合路由和信道分配算法[J]. 通信学报,2011,32(11):183-190.

LIU Qian, REN Pinyi, XUE Shaoli, et al. Primary-user behavior based joint routing and channel allocation algorithm in cognitive radio networks [J]. Journal on Communications, 2011, 32(11):183-190.

[6]CALEFFI M, AKYILDIZ I, PAURA L. OPERA: Optimal Routing Metric for Cognitive Radio Ad Hoc Networks [J]. IEEE Transaction on Wireless Communications, 2012, 8(11): 2884-2894

[7]CHENG G, LIU W, LI Y, et al. Joint on-demand routing and spectrum assignment in cognitive radio networks [C]// Proceedings of IEEE International Conference on Communications (ICC). [c.l.]: IEEE Press, 2007:6499-6503.

[8]CHENG G, LIU W, LI Y, et al. Spectrum aware on-demand routing in cognitive radio networks [C]// Proceedings of the 2nd IEEE International Symposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks (DySPAN). [c.l.]: IEEE Press, 2007:571-574.

[9]YOUSSEF M, IBRAHIM M, ABDELATIF M, et al. Routing Metrics of Cognitive Radio Networks: A Survey [J]. Communications Surveys and Tutorials, IEEE, 2014, 1(16): 92-109.

[10] JAEWOO SO, SRIKANT, R. Improving Channel Utilization via Cooperative Spectrum Sensing With Opportunistic Feedback in Cognitive Radio Networks [J]. Communications Letters IEEE , 2015,6 (19):1065-1068.

[11] 滑楠, 曹志刚. 认知无线电网络路由研究综 [J]. 电子学报, 2010, 38(4): 910-918.

HUA Nan, CAO zhigang. Routing of cognitive radio networks: A survey [J]. Acta Electronica Sinica, 2010, 38(4): 910-918.

[12] YANG Z, CHENG G, LIU W. Local Coordination Based Routing and Spectrum Assignment in Multi-hop Cognitive Radio Networks [J].Mobile Networks and Applications, 2008, 4(13):67-81.

[13] 李云，张智慧，黄巍，等. 基于信道分配的多跳认知无线电网络路由算法 [J].系统工程与电子技术，2013(4): 852-858

LI Yun, ZHANG Zhihui, HUANG Wei, et al. Multi-hop routing algorithm with spectrum assignment for cognitive radio networks[J]. Systems Engineering and Electronics, 2013(4):852-858

DOI：10.3979/j.issn.1673-825X.2016.04.001

收稿日期：2015-07-25

修订日期：2016-05-06通讯作者：郭兵guobing1085@Foxmail.com

基金项目：国家自然科学基金项目(61102062)；重庆市科委自然科学基金项目(cstc2015jcyjA40050)；重庆市教委科学技术研究项目(KJ120530)

Foundation Items：The National Natural Science Foundation of China(61102062); The Natural Science Foundation of Chongqing Science and Technology Commission(cstc2015jcyjA40050); The Science and Technology Research Project of Chongqing Education Commission(KJ120530).

中图分类号：TN929.5

文献标志码：A

文章编号：1673-825X(2016)04-0443-08

作者简介：

朱江(1977-)，男，湖北人，副教授，博士，研究方向为移动通信理论与技术、认知无线电等。E-mail: zhujiang@cqupt.edu.cn。

郭兵(1990-)，男，河南人，硕士生，主要研究方向为认知无线电。E-mail: guobing1085@Foxmail.com。

段昂(1990-)，男，重庆人，硕士生，主要研究方向为认知无线电。E-mail:270273439@qq.com。

(编辑：魏琴芳)

A stability and delay based routing protocol for cognitive radio Ad Hoc networks

ZHU Jiang, GUO Bing, DUAN Ang

(Chongqing Key Lab of Mobile Communications Technology, Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065, P.R. China)

Abstract:In the future cognitive Ad-Hoc networks, the activities of the primary users will cause great influence on the stability of multiple hops routes between cognitive users. To ensure the route stability and reduce the route latency between cognitive users, a stability and delay based routing protocol is proposed. In the protocol the concept of stability factor is introduced，only the paths under the stability constraint can be the candidate routes. Then the transmission delay is used as a metric to select the best route from those candidate routes. First, the superiority of the proposed routing selection strategy is demonstrated through a sample topology model. Then, the latency and route stability in cognitive radio Ad-Hoc networks are detailed analyzed. Last, improvements are made on the traditional AODV protocol to realize the proposed channel allocation and routing selection strategy. Simulation results show that the proposed protocol has a better performance on route stability and end to end delay both under different source and destination distances, and different primary user activities.

Keywords：cognitive radio Ad Hoc network; routing protocol; AODV; end to end delay; route stability